CC BY
16
Науковий вкник НЛТУ Украши. - 2016. - Вип. 26.5
methods of learning and study their internal structure. Acoustic waves easily penetrate any material, actively interact with the atoms of the lattice and often provide unique information on the distribution medium. With acoustic methods in plywood material can be found surface and internal defects that represent a discontinuity, heterogeneity of structure defects gluing, soldering, etc. In the article the comparative analysis of shock-acoustic and ultrasonic flaw detection methods plywood. Investigated that the greatest correlation with ultrasonic method of controlling separation in plywood output parameter has a shock sensor - harmonic.
Keywords: plywood, non-destructive testing, free oscillations method, ultrasonic method.
УДК 674.817-027.45:624
МЕТОД ОЦ1НЮВАННЯ ДОВГОВ1ЧНОСТ1 ДЕРЕВИННО-ВОЛОКНИСТИХ ПЛИТ СЕРЕДНЬО' ЩГЛЬНОСП У БУДШЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦ1ЯХ Л.М. Бойко1, О.В. Анциферова2
Наведено методику оцшювання довгс^чност деревинноволокнистих плит середньо! щшьносп або плит МЭР (MediumDensityFiberboard), що Грунтуеться на термоактива-цшнш теорп мшносп. Базуючись на заиропонованш методиц розроблено алгоритм, який дае змогу прогнозувати термш служби деревинноволокнистих плит середньо! щшьносп рiзного виду захисно-декоративного покриття та товщини. Запропоновано новий пiдхiд до вивчення закономiрностей руйнування деревиннокомпозидiйних мате-рiалiв, а також прогнозування параметрiв працездатностi композидiйних матерiалiв на основi деревини, який пов'язаний з вивченням поведiнки констант матерiалу, якi визна-чають цi параметри. Запропонований метод дае змогу, о^м навантаження, яке дiе на конструкщю чи матерiал, враховувати вплив температури та вологостi навколишнього середовища.
Ключовi слова: плити МЭР, метод оцiнювання, довговiчнiсть, термоактивацшна те-орiя.
Плити МЭР найбшьше застосовують як покриття для шдлоги, у меблевiй промисловостi та у будiвельнiй галузi, 20 % припадае на iнше використання плит (декоративш елементи iнтер'еру, товари побутового вжитку) [1]. Плити МЭР легко обробляти, як i звичайну деревину, при цьому немае !х головного недолiку - неоднорiдностi будови та вад, ят пов'язаш з природним бiологiчним походженням деревини. Ще одшею перевагою плит МЭР е ктотна економ1я дедово!' деревини. Але у деревних композицшних матерiалах спостеркаеться ви-сока неоднорiднiсть розподалу компонент за об'емом. Така будова ускладнюе вивчення фiзико-механiчних властивостей та побудову методов прогнозування.
Пiд час проектування будшельних конструкпiй наразi використовують ем-пiричний метод граничних станiв, а вс ускладнення враховують поправковi ко-ефiпiенти. Це призводить до багатократного запасу мiцностi та збiльшення ма-терiаломiсткостi конструкпiй, що на фош зменшення лiсових ресурсiв не сприяе !х збереженню та рапiональному використанню. Традипiйнi методи да-ють змогу розрахувати тальки величину експлуатапiйного напруження, що, своею чергою, дае змогу шдабрати перерiз балки [2-5]. Балка - це узагальнене поняття, шд ним розумiемо балки перекриття мiж поверхами будiвлi, стiновi
1 доц. Л.М. Бойко, канд. техн. наук - НУ бюресурсгв i природокористування Украши, м. Khïb;
2 асшр. О.В. Анциферова - НУ бюресурс1в i природокористування Украши, м. Kîïb
3. Технологя та устаткування лковиробничого комплексу
245
панелi, балки як елемент кесонно1 стелi у деяких стилях оформления примщен-ня, лаги та покриття для шдлоги та iн. Коливання температури, напруження та вологостi у розрахунках враховуе коефiцieит запасу, що приймае на розсуд лю-дина, котра проектуе конструкцiю у той час як термоактивацшна модель мщ-ностi твердих тiл дае змогу врахувати наведен вище фактори та допомагае зменшити матерiаломiсткiсть конструкцiй.
Мета дослiдження - ощнювання довговiчностi деревинноволокнистих плит середньо1 щiльностi шляхом прогнозування заданого термiну 1х експлуата-цií, що грунтуеться на термоактивацiйнiй теорií мiцностi.
Об'ект дослщження - процеси руйнування деревинноволокнистих плит середньо!' щшьносп.
Результати дослвдження. Внаслiдок проведених дослiджень встановлено, що руйнування плит МБР мае термоактивацшний характер, та кiнетичну модель можна використати для прогнозування термшу служби (довговiчностi) ви-робiв з МБР [6], яка мае такий вигляд:
т = тт ехр
'^Цт-1 -Т-1)
(1)
де: тm, ио, у i Тт - фiзичнi (термоактивацiйнi) параметри матерiалу: т- - мЫ-мальна довговiчнiсть (перiод коливання кiнетичних одиниць - атомiв, груп ато-мiв, сегментiв), с; и0 - максимальна енерпя активацií руйнування, кДж^моль; у - структурно-мехашчний параметр, кДж/(молкМПа); Тт - гранична температура кнування твердого тша (температура деструкцií), К; Я - унверсальна газо-ва стала, кДж/(молкК); т - час до руйнування (довговiчнiсть), с; а - напруження, МПа; Т - температура, К,
Модель (1) у сво'й структурi об'еднуе вплив не тiльки зовнiшнiх факторiв (напруження та температуру), але i внутршшх, якi визначаються групою одних i тих самих фiзичних констант матерiалу (термоактивацiйнi параметри). Досль дження довговiчностi плит МБР показало, що термоактивацшш параметри ма-терiалу (ТАП) залежать вiд структури матерiалу, розмiрiв структурних части-нок, шiльностi матерiалу та параметрiв навколишнього середовища. Зi збшь-шенням шiльностi плитного матерiалу значно зростае його енерпя активацп, а температура деструкцп - зменшуеться, також значний вплив на величину енер-ги активацií чинить наявнiсть захисно-декоративного покриття.
Спосiб оцiиювання довговiчностi грунтуеться на зменшенн матерiаломiс-ткостi вироб1в, а отже - i зменшенням вартостi виробу, i його можна подати у виглядi алгоритму (рис.), що охоплюе такi кроки:
1. Розрахунок величини навантаження, що сприймае конструкщя у процесi експлуатацп:
1. 1 Величину максимального навантаження визначаемо аналггичним шляхом, використовуючи схему навантаження та формули опору матерiалiв [4, 5] або
1.2 Визначення величини максимального напруження за допомогою методу юнцевих елеменпв [7].
1.3 Визначення величини середнього постшного та тимчасового напруження на конструкцда.
246 Збiрник науково-техшчних праць
Рис. Алгоритм оцшювання ресурсу довгов(чносм1 плит М1)Ру буд1вельних конструкщях
2. Призначення умов експлуатацií.
2.1 Призначення середньо!' температури експлуатацií [7];
2.2 Призначення експлуатацшно1 вологосп повiтря [ф];
2.2.1 Визначення вологостi матерiалу.
3. Визначення виду захисно-декоративного покриття. Залежно вiд виду за-хисно-декоративного покриття обираемо потрiбнi ТАП.
4. Визначення внутршшх (термоактивацiйних) параметрiв матерiалу.
4.1 Якщо матерiал належить до групи матерiалiв, для яких ТАП вже визна-чено, можна 1х обрати iз [6].
4.2 Якщо матерiал без покриття, потрiбно визначити коефщент а, що вра-ховуе вологiсть матерiалу.
4.3 Якщо термоактивацшш параметри для матерiалу не визначено, 1х можна дослiдити за методикою [8].
5. Якщо матерiал iз захисно-декоративним покриттям, тодi:
5.1 ТАП можна обрати [6];
Якщо ТАП для матерiалу не мае у [6], тодi 1х можна:
5.2 визначити, керуючись методикою патенту Украши № 100484 [8].
Для матерiалу без покриття довговiчнiсть розраховують з урахуванням впливу вологостi матерiалу за виразом [9]
де: а - коефщкнт, що враховуе вплив вологостi матерiалу на довговiчнiсть;
- гранично допустима вологiсть матерiалу, за яко! вiн володiе достатшми для експлуатацií властивостями мiцностi, %; W - поточна вологiсть матерiалу пiд час його експлуатацií, %;
Для матерiалу зi захисно-декоративним покриттям довговiчнiсть можна визначити за моделлю (1), задавши два параметри: величину напруження [о], яку буде сприймати конструкция у процесi експлуатацií, та температуру експлу-атацií [7]. Якщо термш служби конструкцií дуже тривалий, можливо замiнити матерiал або його товщину та виконати новий розрахунок довговiчностi згiдно з алгоритмом, який наведено на рис.
Висновки. Описаний вище алгоритм дае змогу визначити ресурс довговiч-носп, враховуючи не тшьки максимальне навантаження (критерiй мiцностi або жорсткосп), але також i фактори навколишнього середовища. Сьогоднi будь вельш конструкцií проектують iз врахуванням критерда мiцностi, а у методиках, на основi яких перевiряють конструкцп на мiцнiсть, рекомендують розра-хункове значения максимально допустимого навантаження множити на коефь щент запасу, який можна обирати як з доввдково!' лiтератури, так i самостiйно може задавати проектувальник. Наше дослiдження показало, що одного критерда мiцностi для пошуку потрiбного перерiзу балки або товщини покриття для шдлоги недостатньо. Цей алгоритм можна використовувати шд час проектуван-ня опор мiжповерхових, горiшнiх перекриттiв, пiдлог, при проектуванш декора-тивних балок, стшових панелей та iн.
248 Збiрник науково-техшчних праць
(2)
Науковий вкник НЛТУ Украши. - 2016. - Вип. 26.5
Лггература
1. The world market of MDF. [Electronic resource]. - Mode of access http://www.woodpanelsonline.com/downloads/mdf-yearbook-2013-2014/
2. Расчет деревянных, стальных и железобетонных балок перекритий. [Электронный ресурс]. - Доступный с http://okrovle.com/perekrytiya/raschet-derevyannyh-stalnyh-i-zhelezobetonnyh-balok-perekrytij.html
3. Расчет однопролетных деревянных балок перекрытия. [Электронный ресурс]. -Доступный с http://1poderevu.ru/raschet/derevyannyx-balok-perekrytiya.html
4. Дарков А.В. Сопротивление материалов / А.В. Дароков, Г.С. Шпира. - М. : Изд-во "Высш. шк.", 1989. - 624 с.
5. Александров А.В. Сопротивление материалов / А.В. Александров. - М. : Изд-во "Высш. шк.", 2000. - 560 с.
6. Бойко Л.М. Вплив захисно-декоративного покриття на довгегачшсть плит MDF / Л.М. Бойко, О.В. Анциферова // Люове i садово-паркове господарство : електрон. наук. журнал. - К. : Вид-во НУБШУ. - 2016. - № 9. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://ejournal.studnubip.com/zhurnal-9/ukr/bojko-antsyferova/
7. Алямовский А. А. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation / А. А. Алямовский. - М. : Вид-во ДМК Пресс, 2010. - 464 с.
8. Патент на корисну модель № 100484 Украша, МПК G01N 3/00. Споаб прогнозування довгегачносп виробгв з деревини та деревних композицшних матерiалiв / С.М. Кульман, Л.М. Бойко, О.В. Анциферова - Номер заявки u 2015 01371; заявл. 18.02.2015; опубл. 27.07.2015, Бюл. - № 14.
9. Заявка на винахщ (корисну модель) № u 2016 08700 Украша, МПК G01N 3/00. Прискорений споаб прогнозування довгегачносп виробгв iз деревини та деревних композицшних матерiалiв iз урахуванням вологостi / С.М. Кульман, Л.М. Бойко. - Номер заявки u 2016 08700; заявл. 10.08.2016.
Надтшла до редакцп 23.09.2016р.
Бойко Л.Н., Анциферова А.В. Метод оценки долговечности древесноволокнистых плит средней плотности в строительных конструкциях
Приведена методика оценки долговечности древесноволокнистых плит средней плотности или плит MDF (MediumDensityFiberboard), основанной на термоактивацион-ной теории прочности. Основываясь на предложенной методике, разработан алгоритм, который позволяет прогнозировать срок службы древесноволокнистых плит средней плотности с различным видом защитно-декоративного покрытия и толщины. Предложен новый подход к изучению закономерностей разрушения древеснокомпозиционных материалов, а также прогнозирования параметров работоспособности композиционных материалов на основе древесины, который связан с изучением поведения констант материала, которые определяют эти параметры. Предложенный метод позволяет, кроме нагрузки, действующей на конструкцию или материал, учитывать влияние температуры и влажности окружающей среды.
Ключевые слова: плиты MDF, метод оценки, долговечность, термоактивационная теория.
Boyko L.N., Antsiferova A.V. The Method for Assessing the Durability of Medium Density Fibreboard in Structures
The technique of evaluating the durability of medium density fibreboard based on the theory of thermally activated safety is offered. Based on the methodology, the algorithm was developed, which allows to predict the service life of medium density fibreboard with a different kind of protective and decorative coatings and thicknesses. The paper proposes a new approach to the study of patterns of destruction materials, as well as forecasting the parameters of efficiency of composite materials based on wood, which is associated with the study of the behaviour of the material constants that define these parameters. The proposed method also allows the load acting on the structure or material to take into account the effects of temperature and humidity.
Keywords: MDF boards, evaluation method, durability, thermally activated theory.
3. Технологи та устаткування лковиробничого комплексу
249
